Question

4．某研究性學(xué)習(xí)小組為了探究燈絲電阻與溫度的關(guān)系，設(shè)計(jì)并完成了有關(guān)實(shí)驗(yàn)，以下是實(shí)驗(yàn)中可供選擇的器材：
A．待測(cè)小燈泡（額定功率6W'額定電流0.5A）
B．電流表（0～0.6A，內(nèi)阻約0.1Ω）
C．電壓表（0～5V，內(nèi)阻約5kΩ）
D．電壓表（0～15V，內(nèi)阻約15kΩ）
E．滑動(dòng)變阻器（0～50Ω，1.5A）
F．滑動(dòng)變阻器（0～1000Ω，0.1A）
G．直流電源（電動(dòng)勢(shì)15V，內(nèi)阻可忽略）
H．電鍵一個(gè)、導(dǎo)線若干．
（1）實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，小燈泡兩端電壓可以從零至額定電壓范圍內(nèi)變化，從而測(cè)出小燈泡在不同電壓下的電流．則電壓表選D，滑動(dòng)變阻器選E （填代號(hào)）．
（2）請(qǐng)?jiān)趯?shí)線方框中畫出為完成上述實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)的電路圖．
（3）如圖所示是該小組測(cè)得小燈泡的I-U圖線，由圖線可知，小燈泡兩端的電壓為6V時(shí)，其電阻值為15Ω；現(xiàn)有E=24V，r=16Ω的電源一個(gè)，學(xué)習(xí)小組將二個(gè)這樣的相同燈泡串聯(lián)接在該電源兩端，則每個(gè)燈泡的實(shí)際功率約為3.8W（答案保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1、2）描繪燈泡電阻隨電壓的變化關(guān)系，電壓與電流應(yīng)從零開始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，根據(jù)燈泡電阻與電表內(nèi)阻的關(guān)系確定電流表的接法．
（3）根據(jù)圖象進(jìn)行分析，根據(jù)圖象的性質(zhì)即可求得燈泡的實(shí)際電壓和電流，從而確定實(shí)際功率．

解答 解：（1）由I-U圖象可知，燈泡兩端電壓最大約為13V，故電壓表應(yīng)選擇15V量程的D；
小燈泡兩端電壓可以從零至額定電壓范圍內(nèi)變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)用分壓式接法，又小燈泡電阻遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，電流表應(yīng)用外接法接法，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示，為方便實(shí)驗(yàn)操作，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選E．
（2）根據(jù)以上分析可知，本實(shí)驗(yàn)采用滑動(dòng)變阻器分壓接法，同時(shí)因燈泡內(nèi)阻較小，故應(yīng)采用電流表外接法；故原理圖如圖所示；
（3）由圖示圖象可知，隨燈泡兩端電壓增大，通過(guò)燈泡的電流增大，電壓與電流的比值增大，燈泡電阻增大；
由圖示圖象可知，燈泡兩端電壓為6V時(shí)，通過(guò)燈泡的電流為0.4A，則燈泡電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{6}{0.4}$=15Ω；
設(shè)每個(gè)燈泡的電壓為U，則電源路端電壓為2U，故電源的伏安曲線為2U=24-16I，在燈泡的伏安曲線中畫出電源的伏安曲線（虛線所示）相交，得出交點(diǎn)坐標(biāo)約為（8.5，0.45），故每個(gè)燈泡的實(shí)際功率P=UI=8.5×0.45=3.8W．
故答案為：（1）D；E；（2）如圖所示；（3）15；3.8．

點(diǎn)評(píng) 本題考查描繪燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)，要注意明確電學(xué)實(shí)驗(yàn)離不開變阻器，當(dāng)要求電流和電壓從零調(diào)時(shí)變阻器應(yīng)用分壓式接法；當(dāng)待測(cè)電阻阻值遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻時(shí)，電流表應(yīng)用外接法接法．